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LED生產(chǎn)成本與技術(shù)難關(guān)有待攻克

   日期:2011-11-23     瀏覽:1266    評論:0    
核心提示:LED 是英文 light emitting diode (發(fā)光二極管)的縮寫,它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料,置于一個有引線的架子上,然后四周用環(huán)氧樹脂密封,起到保護內(nèi)部芯線的作用,所以 LED 的抗震性能好。
  

led-特點

  LED特點和優(yōu)點
 
  LED的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源,它有著廣泛的用途。
 
  體積小
 
  LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面,所以它非常的小,非常的輕。
 
  耗電量低
 
  LED耗電非常低,一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說:它消耗的電不超過0.1W。
 
  使用壽命長
 
  在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?,LED的使用壽命可達10萬小時
 
  高亮度、低熱量
 
  環(huán)保
 
  LED是由無毒的材料作成,不像熒光燈含水銀會造成污染,同時LED也可以回收再利用。
 
  堅固耐用
 
  LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面,它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分,這些特點使得LED可以說是不易損壞的。
 
LED照明看似步入軌道,然目前仍有眾多待解決的問題。從硬體面,對普遍消費者,價格往往是關(guān)鍵性考量,然而目前的LED照明成本依然偏高,除了LED本身的良率問題,構(gòu)造過于繁雜也是LED照明目前成本居高不下的主因。一個取代白熾燈的燈泡型LED照明產(chǎn)品,就需有基板、LED、ACDC轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓IC以及大面積的散熱片,尤其大面積的散熱片長久以來一直是LED照明無法避免的瓶頸,雖LED發(fā)光所發(fā)散之紅外線較少,溫升相較白熾燈以及螢光燈慢,然LED本身在運作時即會產(chǎn)生溫度,且由于封裝特性,不易散發(fā),需透過被動散熱片將高溫散出,使LED溫度維持在容許值,才能借此降低LED熱衰竭與延長產(chǎn)品壽命,而目前仍以鋁產(chǎn)品為主要材質(zhì),面積越大,也會使成本上升。
    散熱設(shè)計各有不同
    散熱模組的設(shè)計與燈泡品質(zhì)也有相當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)性,在良好的散熱設(shè)計下,產(chǎn)品所發(fā)出的光才得以穩(wěn)定且有長壽命;針對室內(nèi)照明的模組已是如此,更遑論室外惡劣環(huán)境下的路燈與街燈模組,尤其在沙漠或是赤道內(nèi),溫度的急遽變化,更是對LED照明的一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)照明產(chǎn)品經(jīng)過長期的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟,且變因較LED照明少,早已能夠在復(fù)雜的環(huán)境中正常運作,但是LED照明則由于剛開始發(fā)展,各廠商對組件整合后的特性還無法完全掌握,雖同為LED照明產(chǎn)品,但最終的成品設(shè)計已經(jīng)天差地遠(yuǎn),光是散熱模組就有數(shù)種不同的詮釋方式。
    另外,目前LED照明硬體方面仍處于過渡期的設(shè)計,目前的產(chǎn)品、尤其以家用,多采取替代性產(chǎn)品,是讓LED照明去適應(yīng)現(xiàn)有家庭照明架構(gòu),而非改變現(xiàn)有架構(gòu)去適應(yīng)LED照明。主要的原因仍在于現(xiàn)有的照明架構(gòu)發(fā)展多年,為了迎接尚未完全成熟的LED照明,還未能全面汰換目前設(shè)備。尤其以螢光燈的汰換是最為麻煩,尤其多數(shù)消費者已經(jīng)習(xí)慣搭配繼電器使用,然而LED照明不須高壓即可啟動的特性,卻會因此造成產(chǎn)品的損壞,明知只要勸導(dǎo)消費者卸下繼電器即可,然產(chǎn)品中仍須安裝一個避免繼電器產(chǎn)生瞬間高壓的緩沖裝置避免萬一,卻也使成本提高。
    政策規(guī)范才能讓產(chǎn)業(yè)上軌道
    軟體方面,LED照明由于成本較高,消費者也不易接受需長期才能帶來的省電優(yōu)勢,唯有從公部門的使用以及提出合理的補助,才能更快帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的運轉(zhuǎn),除了官方單位的推廣以外,也需要針對現(xiàn)有LED照明設(shè)備進行相關(guān)規(guī)范,尤其是針對產(chǎn)品壽命、安全性與產(chǎn)品可靠度等,都需有全面性的規(guī)范。尤其以街道照明的路燈,就需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)范,從壽命、衰退到光型、光均度等等,這些都是該與街燈有所不同的,街燈有一部分具有造景的功能,照明的功能僅是其中一項附加特性,還可允許光線不均等情形,然而路燈影響行車安全,不能因此造成行車用路的危險,如造成駕駛眩光或是無法涵蓋路面等情形,這些都需要透過制定規(guī)范,才能有可依循的準(zhǔn)則。
    也有業(yè)界人士表示,LED應(yīng)用在LED照明市場相對仍然較小,但發(fā)展?jié)摿φ駣^人心。LED在裝飾照明、設(shè)計和標(biāo)牌等市場上已站穩(wěn)腳跟。LED在家居照明和辦公照明等市場上在近年來有突破性增長,范圍涵蓋從終端消費者市場到專業(yè)應(yīng)用的所有領(lǐng)域,其中專業(yè)應(yīng)用市場的占有率出現(xiàn)較快增長,而終端消費者市場有望在2010/2011年左右出現(xiàn)大規(guī)模的突破性增長。LED在零售店和飯店的照明應(yīng)用也在日益增長。
但是,LED燈具并不是要完全取代傳統(tǒng)的室內(nèi)照明光源。除了價格以外,影響LED照明普及的原因還有LED在光線品質(zhì)的提高情況、流明效率的提升速度以及制造成本的下降幅度。換言之,光輸出(流明)與采購和運行成本之間以及光輸出與能耗之間都必須找到平衡點。
    共創(chuàng)LED照明藍海
    綜觀LED照明市場,至今仍未達成熟,然而市場規(guī)模指日可期,畢竟就成本與特性,LED照明是時勢所趨,未來的市場仍需要由公領(lǐng)域出發(fā),如日本與歐洲透過法規(guī)直接對市場造成直接效應(yīng),業(yè)者即會因此全力發(fā)展LED照明設(shè)備,成本也才有更為降低的可能,而廠商也不能因此犧牲產(chǎn)品品質(zhì),對品質(zhì)把關(guān),就有賴生產(chǎn)廠商與官方針對產(chǎn)品壽命、安全性進行完整的規(guī)范,如日本由于LED照明多半由傳統(tǒng)電子公司主導(dǎo),對于產(chǎn)品安全性以及品質(zhì)自然有所要求;而如歐司朗與飛利浦雖以開始推出產(chǎn)品,然而除一般照明用途,更推出不少用于情境照明產(chǎn)品,情境照明亦是LED照明相較傳統(tǒng)照明優(yōu)勢,且僅需維護安全性,對于流明與勻度的要求不若用于照明嚴(yán)苛。
    然而目前最大的瓶頸仍在一般照明架構(gòu),尤其目前一般照明用電仍以交流電為主,轉(zhuǎn)為固態(tài)后,勢必還需透過轉(zhuǎn)換,尤其目前大型照明設(shè)備采用的供電結(jié)構(gòu)類似PC,但目前轉(zhuǎn)換效率仍在85%徘徊,轉(zhuǎn)換造成的能耗依然不理想,勢必需要轉(zhuǎn)換到直流電平臺,才能發(fā)揮LED照明的優(yōu)勢,加上轉(zhuǎn)換微直流電后,更容易與替代發(fā)電設(shè)施結(jié)合,發(fā)揮其環(huán)保與節(jié)能優(yōu)勢。而臺灣LED照明廠商也要盡早脫離單純組裝概念,重新檢視LED照明的每個環(huán)節(jié),才能共同創(chuàng)造LED照明藍海;尤其LED照明市場目前仍在萌芽與摸索,必須打好產(chǎn)品的基礎(chǔ),才有機會加深消費者對LED照明的良好印象,否則以目前多數(shù)組裝式產(chǎn)品,不僅無法提供合理保固,光型與光均度皆不穩(wěn)定的狀況,加上價格偏高,也難以獲得消費者青睞。
 1.可見光的光譜和LED白光的關(guān)系。 眾所周之,可見光光譜的波長范圍為380nm~760nm,是人眼可感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍、紫,但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如LED發(fā)的紅光的峰值波長為565nm。在可見光的光譜中是沒有白色光的,因為白光不是單色光,而是由多種單色光合成的復(fù)合光,正如太陽光是由七種單色光合成的白色光,而彩色電視機中的白色光也是由三基色紅、綠、藍合成。由此可見,要使LED發(fā)出白光,它的光譜特性應(yīng)包括整個可見的光譜范圍。但要制造這種性能的LED,在目前的工藝條件下是不可能的。根據(jù)人們對可見光的研究,人眼睛所能見的白光,至少需兩種光的混合,即二波長發(fā)光(藍色光+黃色光)或三波長發(fā)光(藍色光+綠色光+紅色光)的模式。上述兩種模式的白光,都需要藍色光,所以攝取藍色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù),即當(dāng)前各大LED制造公司追逐的“藍光技術(shù)”。目前國際上掌握“藍光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家,所以白光LED的推廣應(yīng)用,尤其是高亮度白光LED在我國的推廣還有一個過程。
 
  2.白光LED的工藝結(jié)構(gòu)和白色光源。 對于一般照明,在工藝結(jié)構(gòu)上,白光LED通常采用兩種方法形成,第一種是利用“藍光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光;第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。第一種方法產(chǎn)生白光的系統(tǒng)如圖1所示,圖中LED GaM芯片發(fā)藍光(λp=465nm),它和YAG(釔鋁石榴石)熒光粉封裝在一起,當(dāng)熒光粉受藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光,結(jié)果,藍光和黃光混合形成白光(構(gòu)成LED的結(jié)構(gòu)如圖2所示)。第二種方法采用不同色光的芯片封裝在一起,通過各色光混合而產(chǎn)生白光。
 
  3.白光LED照明新光源的應(yīng)用前景。 為了說明白光LED的特點,先看看目前所用的照明燈光源的狀況。白熾燈和鹵鎢燈,其光效為12~24流明/瓦;熒光燈和HID燈的光效為50~120流明/瓦。對白光LED:在1998年,白光LED的光效只有5流明/瓦,到了1999年已達到15流明/瓦,這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近,而在2000年時,白光LED的光效已達25流明/瓦,這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。有公司預(yù)測,到2005年,LED的光效可達50流明/瓦,到2015年時,LED的光效可望達到150~200流明/瓦。那時的白光LED的工作電流便可達安培級。由此可見開發(fā)白光LED作家用照明光源,將成可能的現(xiàn)實。

 
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